1 河北工程大学 机械与装备工程学院, 邯郸 056038
2 中节能天融科技有限公司, 北京102200
为了解决国内传统的SO2检测仪存在气室的荧光检测区域荧光强度低、进而导致仪器监测精度低的问题, 设计了新的激发光光路结构。在该光路结构中, 点光源通过平凸透镜准直, 利用一窄缝消除竖直方向上的远轴光线, 通过一双凸透镜汇聚到气室荧光采集区域的中心, 并利用光阑减小杂散光的干扰。采用射线追踪算法作为严格矢量分析的工具, 对设计的光路进行仿真分析。结果表明, 优化后的光路使得激发光的能量损失降到了10%, 且弥散斑也大为减小; 用该光路与传统结构的光路进行实验对比, 其示值误差由0.34%满量程变为0.18%满量程, 质量浓度为100μg/L时的精密度由1.13μg/L变为0.53μg/L, 质量浓度为400μg/L时的精密度由2.26μg/L变为1.1μg/L, 两项指标均得到了提高。所设计的激发光光路结构能够有效解决传统光路的不足之处。
光学设计 SO2检测 COMSOL Multiphysics软件 紫外荧光法 optical design SO2 detection COMSOL Multiphysics software ultraviolet fluorescence method
1 河北工程大学 机械与装备工程学院, 邯郸 056038
2 中节能天融科技有限公司, 北京 100085
为了适应当下网格化大气监测中低体积分数的SO2气体检测需要，针对紫外荧光法模块化应用的光路关键性问题，将物远心光学系统与双平凸组合光学系统相结合，应用于SO2检测模块的激发光路和采集光路上。采用多光学系统优势互补的方法，进行了理论分析和实验验证。通过模型的建立，分析了光路系统对反应室信噪比的影响，结合ZEMAX软件仿真、蒙特卡洛法公差评价分析与整个光学系统的间接实验验证，取得了该优化光路系统应用。结果表明，其仪器线性度的相关系数的平方能够达到0.9999。该光学系统具有较强的应用价值，能够为紫外荧光法模块化光路系统设计提供理论依据与实验数据支持。
光学设计 光路研究 光路建模 ZEMAX仿真 实验分析 optical design light path research optical path modeling ZEMAX simulation experimental analysis
河北工程大学机械与装备工程学院, 河北 邯郸 056038
大气中二氧化硫(SO2)浓度很低,发出的荧光信号很弱,直接影响了SO2浓度的检测精度,并且传统荧光采集光路长,这阻碍了仪器的微型化发展。为提高荧光信号的采集效率以及仪器的检测精度,缩短传统光路,针对荧光随机性发散分布特征,利用ZEMAX软件进行痕量SO2荧光信号采集光路的设计,并与传统荧光采集光路进行对比仿真分析。仿真结果表明:优化后的荧光采集光路对荧光的采集效率约为22.6%,比传统荧光采集光路的采集效率高4倍,透镜组的像方主点到最佳采集点的距离减少了29.17%。优化后的光路有利于进一步实现已有大气痕量硫检测仪器的小型化改进与检测精度的提高。
测量 痕量二氧化硫气体 荧光采集光路 ZEMAX软件仿真 效率 激光与光电子学进展
2020, 57(5): 051203
河北工程大学机械与装备工程学院, 河北 邯郸 056038
为了解决国内传统二氧化硫检测仪在光路上存在荧光数量少、采集精确度低等问题,提出了一种改进的光路系统。点光源通过透镜进行平行准直及会聚,利用窄缝减弱杂散光的干扰,改善了传统光路结构上光会聚效果差的缺陷,提升了检测精度。运用Zemax对新光路和传统光路进行仿真,通过对比点列图、探测视图得出新光路的方均根半径减小到35.439 μm,几何最大半径减小到50.194 μm,气体与光源接触区域的光强提高。对其进行实验检测,数据表明改进后的光路系统的二氧化硫浓度示值误差由传统仪器的2%缩减为1%,提高了检测精度。新研制的光路系统能有效解决上述问题,适用于二氧化硫检测仪的设计。
光学设计 紫外荧光法 Zemax 窄缝 激光与光电子学进展
2020, 57(1): 012205
1 河北工程大学 机械与装备工程学院, 河北 邯郸 056038
2 中节能天融科技有限公司, 北京 102200
紫外荧光法是指SO2分子在特定波长的紫外光照射下会产生荧光, 通过检测荧光的强度就可以间接得到SO2的浓度。但大气中SO2浓度较低, 荧光信号较弱, 这就导致检测困难, 在一定程度上限制了紫外荧光法的发展。针对这个问题, 设计了用于采集荧光的光路。光路分别采用抛物面反射镜与菲涅尔透镜实现对不同发散角的荧光的准直, 之后利用两个平凸透镜对平行光进行缩束, 并使用两个平凸透镜汇聚荧光。采用射线追踪算法作为严格矢量分析的工具, 对设计的光路进行仿真分析并与传统的荧光采集光路进行采集效果的对比, 仿真结果表明该设计的光路采集荧光的效率要高于传统结构。
应用光学 SO2检测 荧光采集 射线追踪算法 applied optics SO2 detection fluorescence acquisition COMSOL Multiphysics COMSOL Multiphysics ray tracing algorithm
在交汇段设计理论的基础上,针对北京大学ERL的具体情况,对交汇段的束流传输结构进行了优化设计,通过模拟得到了满足要求的一组设计参数;研究了空间电荷效应以及相干同步辐射对束流发射度、能散及包络的影响.结果表明:空间电荷效应对发射度影响不大,但对束流包络影响较明显;相干同步辐射引起的发射度增长及能散较小,且不影响束流包络.
能量回收直线加速器 交汇段 消色散 空间电荷 相干同步辐射
1 北京大学重离子物理研究所,北京,100871
2 中国工程物理研究院应用电子学研究所,四川,绵阳,621900
阐述了2-cell Telsa腔的设计.用3维程序HFSS分析了其高阶模的特点,给出了高阶模的主要参数频率、品质因数、分路阻抗以及模式的电场分布,并且π模的电场分布与Superfish的模拟结果相比较,两者是一致的.最后,简要分析了各高阶模对电子加速的影响,分析表明高阶模降低了电子加速效率和束流的稳定性.
2-cell腔 高阶模 电子加速 2-cell cavity HOMs HFSS HFSS Accelerating electron 强激光与粒子束
2005, 17(11): 1735
